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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (11)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (11)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (3)
- 2.4 Prüfung und Bewertung von Explosivstoffen/Pyrotechnik (3)
- 2.5 Konformitätsbewertung Explosivstoffe/Pyrotechnik (3)
- 7 Bauwerkssicherheit (3)
- 7.4 Baustofftechnologie (3)
- 7.2 Ingenieurbau (2)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (2)
Distributed acoustic sensing (DAS) over tens of kilometers of fiber optic cables is well-suited for monitoring extended railway infrastructures. As DAS produces large, noisy datasets, it is important to optimize algorithms for precise tracking of train position, speed, and the number of train cars, The purpose of this study is to compare different data analysis strategies and the resulting parameter uncertainties. We present data of an ICE 4 train of the Deutsche Bahn AG, which was recorded with a commercial DAS system. We localize the train signal in the data either along the temporal or spatial direction, and a similar velocity standard deviation of less than 5 km/h for a train moving at 160 km/h is found for both analysis methods, The data can be further enhanced by peak finding as well as faster and more flexible neural network algorithms. Then, individual noise peaks due to bogie clusters become visible and individual train cars can be counted. From the time between bogie signals, the velocity can also be determined with a lower standard deviation of 0.8 km/h, The analysis methods presented here will help to establish routines for near real-time Train tracking and train integrity analysis.
The feasibility of traffic monitoring along a major urban road using Distributed Acoustic Sensing (DAS) is demonstrated. We present measurement results of conventional intensity-based DAS along a dark fiber in a tubed fiber optic cable buried roadside. With only minimal postprocessing different classes of traffic participants can be distinguished (cars, bikes, pedestrians). Different methods for pre-processing raw data are compared, especially with regard to providing suitable inputs for pattern recognition algorithms. Furthermore, the various challenges for automatized vehicle detection and classification related to varying sensitivity and inhomogeneous signal propagation are discussed. Sensitivity fluctuations and variations are in part inherent to the measurement technology and originate in part in ground conditions. The measurement quality and usefulness for traffic monitoring of intensity-based DAS is compared to that of state-of-the-art phase-resolved DAS, allowing quantitative evaluation of vibration signals.
Im vorliegenden Bericht wurde untersucht, Spanndrahtbrüche in einem Brückenträger sowohl mittels Schallemissionsanalyse (SEA) als auch mit (eingebetteter) verteilter faseroptischer akustischer Sensorik (DAS) zu erkennen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bruchsignale anhand beider Messverfahren detektiert werden können. Die jeweils detektierten Drahtbrüche werden miteinander verglichen. Durch eine Gegenüberstellung werden SEA und DAS detailliert dargestellt.
Condition monitoring of industrial infrastructures using distributed fibre optic acoustic sensors
(2017)
Distributed fibre optic acoustic sensing (DAS) can serve as an excellent tool for real-time condition Monitoring of a variety of industrial and civil infrastructures. In this paper, we portray a subset of our current Research activities investigating the usability of DAS based on coherent optical time-domain reflectometry (C-OTDR) for innovative and demanding condition Monitoring applications. Specifically, our application-oriented Research presented here aims at acoustic and vibrational condition monitoring of pipelines and piping systems, of rollers in industrial heavy-duty conveyor belt systems and of extensive submarine power cable installations, respectively.
Distributed Fibre Optic Acoustic and Vibration Sensors for Industrial Monitoring Applications
(2017)
We investigate the usability of distributed fibre optic acoustic sensing (DAS) for innovative and advanced monitoring applications in industrial and civil infrastructure installations. In this paper, we report on our ongoing application-oriented research activities regarding the utilization of DAS based on coherent optical time-domain reflectometry (C-OTDR) for condition monitoring of a variety of infrastructures. Specifically, our research presented here aims at acoustic condition monitoring of and fault detection in pipelines and industrial piping systems, at acoustic condition monitoring of rollers in industrial conveyor belt installations, and at acoustic condition monitoring of and threat detection in extensive submarine power cables, respectively. Furthermore, we show a method to mitigate the effect of sensitivity fading of C-OTDR based DAS due to unstable environmental conditions via the modification of the sensor fibre. This can help to provide a continuous adequate sensor functionality for a number of different industrial monitoring applications.
Die verbesserte Signal- und Warnwirkung fluoreszierender Materialien gewinnt in vielen Bereichen zunehmend an Bedeutung, so z.B. für Warn- und Schutzkleidung, Schulranzen und Verkehrsschilder. Gleichzeitig führt der Trend zu LED-Beleuchtung in Innenräumen und auch im Straßenverkehr zu einer Diversifikation der spektralen Verteilung, welche die Fluoreszenz anregt.
Ein weiteres Beispiel hierfür ist die Verwendung fluoreszierender Farbstoffe in der zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen. Sowohl bei der fluoreszierenden Eindringprüfung als auch der Magnetpulverprüfung werden Risse durch fluoreszierende Farbstoffe optisch angezeigt.
Beide Verfahren beruhen entsprechend der Stokesschen Regel auf der Energieverschiebung im Spektrum fluoreszierender Materialien gegenüber dem Anregungsspektrum hin zu größeren Wellenlängen, so dass das fluoreszierte Licht vom reflektierten Anregungslicht unterschieden werden kann. Auch hier kommt zunehmend LED-Technik zum Einsatz, wobei die Anregung im UV-, in letzter Zeit auch im blauen Spektralbereich erfolgt.
Um die Erfüllung sicherheitstechnischer Normen zu gewährleisten, muss die Charakterisierung der spektralen und integraloptischen Eigenschaften fluoreszierender Substanzen unter Berücksichtigung verschiedenster anregender Lichtarten erfolgen. Nur die bispektrale 2-Monochromatoren-Methode (2MM) liefert eine bestrahlungsunabhängige materialcharakteristische Größe, die sogenannte Donaldson-Matrix, aus welcher die Reflexions- und Fluoreszenzstrahldichtefaktoren sowie Anregungsspektren und Farbmaßzahlen für beliebige spektrale Verteilungen der Bestrahlung bzw. Normlichtarten und unterschiedliche Normalbeobachter hervorgehen.
Bei der 2MM wird die Probe mit monochromatischer Strahlung beleuchtet und das erzeugte Emissionsspektrum für jede Anregungswellenlänge gemessen. Der modernisierte bispektrale Messplatz in der Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM) erlaubt u.a. den Einsatz eines Arrayspektrometers anstelle des Detektionsmonochromators, so dass die Messzeit erheblich reduziert wird.
Zusätzlich steht in der BAM ein Spektroradiometer (OL 750, Optronic Laboratories, Inc.) zur Verfügung, mit dem die spektrale Bestrahlungsstärke verschiedener Leuchtmittel erfasst werden kann. Zusammen mit der durch die 2MM bestimmten Donaldson-Matrix kann so die Signalwirkung z.B. eines Fluoreszenzfarbstoffes für die Rissdetektion in Materialien unter diesen bestimmten Beleuchtungsbedingungen bewertet werden.
Im Beitrag wird dieses Zusammenspiel beispielhaft für verschiedene fluoreszierende Rissprüfmittel und Anregungslichtquellen diskutiert.
Retroreflektierende Materialien besitzen die Eigenschaft, Licht in Beleuchtungsrichtung wieder zurück zu reflektieren. Mit der Anwendung derartiger Produkte ist ein erheblicher Gewinn an Sicherheit in Gefahrensituationen angestrebt. Ausgehend von der Definition und experimentellen Bestimmung des Spezifischen Rückstrahlwertes wird ein Überblick zur Spezifikation in Normen bezüglich seiner Winkelkombinationen gegeben. Der Fokus des Beitrages liegt auf der Bestimmung der Erweiterten Ergebnisunsicherheit entsprechend der GUMMethodik mittels Modell als Funktion dieser Winkelkombinationen. Weiter untersetzende Untermodelle werden beschrieben und die damit verbundenen Fehleranteile diskutiert.
Blast tests are required to investigate accidental or intentional blast events and to assess the level of protection for people and facilities in critical infrastructures. Conducting large-scale field tests for complex scenarios is very resource intensive. Reliable small-scale experiments are a promising alternative. However, the scaling laws for the design of reinforced concrete structures under blast loads are not sufficiently established.
In our research work, a consortium made up of three BAM departments, focuses on reinforced concrete structures that are suitable for the standardization of scaled blast tests. As part of the feasibility study, blast tests were carried out on test specimens of different sizes on the BAM Test Site for Technical Safety (TTS). Various reinforced concrete plates were tested and subjected to different blast loads. The blast tests included various measurement techniques to quantify the blast load and the behavior of the reinforced concrete plate. The blast load was measured with flush-mounted piezoelectric pressure gauges, while accelerometers and embedded fiber optic sensor cables were used to characterize the dynamic behavior of the plate under blast loading. In addition, damage characteristics were also determined using distributed fiber optic sensing. The application of these measurement techniques as well as the use of different numerical software tools offer the possibility to verify or adapt the scaling laws.
In the presented work, the potential of fiber-optic distributed acoustic sensing (DAS) for detection of small gas pipeline leaks (<1%) is investigated. Helical wrapping of the sensing fiber directly around the pipeline is used to increase the system sensitivity for detection of weak leak-induced vibrations. DAS measurements are supplemented with reference accelerometer data to facilitate analysis and interpretation of recorded vibration signals. The results reveal that a DAS system using direct fiber application approach is capable of detecting pipeline natural vibrations excited by the broadband noise generated by the leaking medium. In the performed experiment, pipeline vibration modes with acceleration magnitudes down to single ug were detected. Simple leak detection approach based on spectral integration of time-averaged DAS signals in frequency domain was proposed. Potential benefits and limitations of the presented monitoring Approach were discussed with respect to its practical applicability. We demonstrated that the approached is potentially capable of detection and localization of gas pipeline leaks with leak rates down to 0.1% of the pipeline flow volume and might be of interest for monitoring of short- and medium-length gas pipelines.
